设计和制造[编辑]
设计核武器需要考虑物理上、化学上以及工程上的各种因素。核武器基本上可以分为纯裂变武器、聚变增强裂变武器、和二阶段热核武器三种类型。而这三种类型核武器爆炸时的主要能量来源在一般情况下都是核裂变，而不是核聚变。
试验[编辑]
核试验主要目的是鉴定核爆炸装置的威力及其他性能，验证理论计算和结构设计是否合理，为改进核武器设计或定型生产提供依据；在核爆炸环境下研究核爆炸现象学和各种杀伤破坏因素的变化规律；研究核爆炸的和平利用等。1996年9月全面禁止核试验条约在联合国大会通过后，仅印度、巴基斯坦和朝鲜三国进行过核试验。
据统计，地球上已记录到约2095次核试验。美国1093次，其中200次为大气层核试验（72次地面、11次高空、81次中空、36次水面）、5次水下、888次地下核试验。苏联进行715次核试验，其中大气层212次、水下3次、地下核试验500次。法188次、中45次、英43次、印6次、巴基斯坦6次、朝鲜6次。
引爆前的安全性[编辑]
由于低当量的核弹头也拥有毁灭性的破坏能力，武器设计人员永远需要考虑到需要使用某种方式和操作流程以避免偶然地爆炸。核武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例，可以把铀分成数大块，每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上，造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹“胖子”的钚是造成一个在次临界以下的中空球状。引爆时使用包围在四周的炸药把钚挤压，增加密度及减少空间，造成即发临界。这种设计称为“内爆式”。
另外在研发期间也有其他安全问题需要注意，曼哈顿计划期间的1944年9月2日，两名化学家便因被高腐蚀性氢氟酸溅到而死亡，阿诺德·克拉米什重伤濒死。当时他们正在清理一个浓缩铀的装置，该装置是位于费城海军船坞的热泳试验工厂的一部分。[73]是次事件是曼哈顿计划首次有人员伤亡的事故。[74]
种类[编辑]
除此以外，核武器还可以根据用途而细分为战略核武器及战术核武器，前者是一般意义上的核武器范畴，为大当量的核武器和远射程，后者则属于小当量和近射程。其中，后者可用于战争前线。战术核武器的概念以及发展相对战略核武器为迟缓，是在第二次世界大战以后多年才逐步形成的，而战术核武器需要对核能技术的要求亦较高以及复杂，其前提是要拥有战略核武器。
核裂变武器（原子弹）[编辑]
裂变核武透过核裂变释放能量。重核子如铀或钚在中子冲击下发生核裂变反应，裂变成为较轻的核子，同时释放更多的中子，造成连锁反应。传统上裂变核武称为原子弹。和中子弹的用途一般，现在纯粹的核裂变武器，通常仅用来制造低当量和小型的战术核武器，如大卫克罗无后座力炮等。
美国第一枚投掷在日本广岛的核武小男孩为枪式起爆的铀弹。第二枚投掷在长崎的胖子为内爆式起爆的钚弹。每一磅的铀-235裂变时可放出大约3,700百亿焦耳的能量，约为82太焦耳／公斤（TJ/kg）。一般的连锁反应只维持一微秒（μs），功率约为82艾瓦／公斤（EW/kg），或每原子200兆电子伏／秒。
加强型核裂变武器[编辑]
虽然名为“原子弹”实和中子弹同为为广义氢弹一种，指虽然像典型氢弹般有聚变材料作为核爆增强剂，但聚变的主要作用是提供足够中子，给裂变材料的裂变反应更为完全，意味所需的聚变材料较少，所以较一般氢弹小巧。本类的原意是作为氢弹的技术验证，后来通常此设计是用于小型的战略级核弹和可调节威力的核弹，因威力虽然逊于典型氢弹却胜在较紧凑。
热核武器（氢弹）[编辑]
聚变核武透过核聚变释放能量。轻核子如氢或氦结合成较重的元素，同时释放大量的能量。使用聚变过程的武器亦常被称为氢弹，因为氢是聚变的常用材料。聚变核武有时亦称热核武器，因为它们的连锁反应需要更高的NANI温度启动。一般的氢弹会先引爆作为前级的裂变弹，造成足够的温度及压力，之后的后级聚变才会开始。后级可以无限制地连锁起来，制成比普通裂变强力很多的核武。目前只有美、俄、英、中、法五国承认拥有使用与生产氢弹的能力。印度在1998年5月进行的核试验中试爆了带热核装置的核弹，目前可能拥有氢弹。朝鲜亦在2016年1月6日宣布氢弹试爆成功，但未获承认。2017年9月3日，朝鲜可能成功制造出氢弹核试验。
现代的核武通常结合两种核反应：聚变需要先以裂变产生足够的温度及压力启动；同时裂变在聚变开始后效率会得到提高。故此部分核武是三级设计：最先在外围第一级先用核裂变，造成聚变条件。中部第二级聚变发生后，再引起弹头中心的第三级的第二次裂变反应，造成裂－聚－裂反应的三级核弹，是现在最大破坏性的武器。此核弹称为三相弹、氢铀弹、三级效应超级炸弹或肮脏的氢弹。
中子弹[编辑]
中子弹是小型的热核武器。武器内的X射线反射镜及弹壳以铬或镍制成，让聚变中产生的中子离开弹体。高能量的中子流比其他放射更具穿透能力。一般能阻隔伽㐷射线的物料要很厚（如一米厚的钢板）才可以抵挡中子流，所以不适用机动兵器，唯一可以反射的铍又有毒。因为只有水和电解质才能吸收中子，而生物中含大量水分，所以中子流对生物产生的伤害比伽㐷射线更大。原先制造中子弹的目的，是希望可以杀人而不毁物（被戏称为“业主炸弹”或“房贷积欠款炸弹”：能杀死屋内的人，但房子无损），而理论上最有效的是对付坦克，因为当时前苏联的坦克不只是数量远比美国和全西欧总和还多，更大部分已经改装了防止吸入放射尘空气过濾设备，故美国放弃了以放射尘而是中子流作为对苏军的主要威胁手段。中子弹所产生的热能及冲击波被故意减低，而中子流则被加强。但中子弹的热及火仍然会对建筑物造成严重的损毁。所谓“杀人不毁物”只是相对其他热核武器。中子弹所加强的放射，只限于引爆的一刻，与感生放射核弹的长期放射有所不同。特征是致命的辐射的范围对于人来说比爆风和热光大，而在肉眼看来各种效应非常像小型的原子弹，难以分别离爆心的安全距离，所以对人来说非常危险的。其实苏联已经发明了一种坦克装备的复合反射层，能大大减轻中子流的效果，但因为不可能全车都有同等的厚度，所以中子弹仍然有很大的威胁性。
冲击波弹[编辑]
它是一种小型氢弹，采用了慢化吸收中子技术，减少中子活化，削弱其爆炸后辐射的作用，部队可以迅速进入爆炸区投入战斗，是一种战术核弹。
其他[编辑]
脏弹[编辑]
脏弹现在是作为一个术语代指具有放射性、非核武器的武器。它装填著放射性材料，爆炸的时候将放射性物质抛射散布，造成相当于核放射性尘埃的污染，造成灾难性的生态破坏。自九一一事件之后，西方政府最主要担心的一个就是恐怖分子可能利用脏弹袭击人口稠密区，作为区域封锁武器，就像其他更高级、更复杂的放射性武器，可以将这个地区在以后的数年或十几年中，退化为不适合人类居住的放射性地区。然而大多数的分析人士认为，肮脏弹的作用更主要体现在心理方面，而它所造成的污染虽然可以以有效的净化措施来治理，但所需要付出很大的代价。
钴弹[编辑]
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27Co + n → 60
27Co → 60
28Ni + e− + 伽玛射线.
27Co + n → 60
27Co → 60
28Ni + e− + 伽玛射线.
伽玛射线弹[编辑]
原理类似一座无防护层的裂变反应堆，所以不会发生一般意义上的爆炸，只放出大量伽玛射线；尽管各种效应不大，也不会使人立刻死去，虽然能造成持久的辐射，但不一定会污染土地，能有效迫使敌人离开。
核电磁脉冲弹[编辑]
经过改造的核弹，减弱了冲击波与核辐射效应，增强了电磁脉冲效应（利用康普顿散射、光电效应等原理），利用在大气层以上的核爆炸，产生大量定向或不定向的强电磁脉冲，基本上对人体无害，但可使电器（或金属）急速升温烧毁。
当量比较[编辑]
以下是核武器当量和传统炸药当量的比较。常用同等爆炸威力的三硝基甲苯（TNT）的质量来衡量核武器的威力
| 代码 / 名称 | 国家 | 类型 | 当量（千吨） | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| W54 |  美国 | 核裂变无后座力炮炮弹 | 0.02 | 可变当量。质量仅23kg，美国投放的最轻量级的核弹 |
| Mark 1 （小男孩） | 美国 | 核裂变自由落体炸弹 | 13 | 枪式铀235核裂变弹 |
| Mark 3 （胖子） | 美国 | 核裂变自由落体炸弹 | 22 | 内爆式钚239核裂变弹 |
| 596（邱小姐） |  中华人民共和国 | 核裂变自由落体炸弹 | 22 | |
| Mark 90 | 美国 | 核裂变深水炸弹 | 32 | 内爆式钚239核裂变弹 |
| Mk 101 Lulu | 美国 | 加强核裂变深水炸弹 | 23 | |
| W76-0 | 美国 | 热核导弹弹头 | 100 | 8枚装备在三叉戟一型导弹上 |
| B61 | 美国 | 热核战术炸弹 | 340 | 可变当量 |
| W87 | 美国 | 热核导弹弹头 | 300 | 10枚装备在和平卫士导弹上 |
| W88 | 美国 | 热核导弹弹头 | 475 | 8枚装备在三叉戟II型弹道导弹上 |
| 639 | 中华人民共和国 | 热核自由落体炸弹 | 3310 | |
| Mark 21 | 美国 | 热核自由落体炸弹 | 15000 | 美国最大当量的测试弹头，设计为5000千吨当量，因技术出错而超出预期当量。 |
| B41 | 美国 | 热核自由落体炸弹 | 25000 | 美国装备部队的最大当量弹头，由B-36携带，1957年退役 |
| AN602 |  苏联 | 热核自由落体炸弹 | 50000 | 苏联最大当量的测试弹头 |
能量释放的形式[编辑]
| 普通 | 中子弹 | |
|---|---|---|
| 冲击波 | 50% | 40% |
| 热效应 | 35% | 25% |
| 核辐射 | 5% | 30% |
| 残留辐射 | 10% | 5% |
一个核武器的能量主要通过五种形式放射出来：冲击波、热辐射、原始粒子辐射、核电磁脉冲和残留放射性（放射性尘埃）能量以何种形式被释放还要仰赖武器的设计以及爆炸时的环境。放射性尘埃的能量释放是持续的，而其他四种都是立即的短暂的爆发。
这最初四种形式释放的能量根据炸弹的尺寸而有区别。热辐射形式相对于距离衰减最缓慢，所以越是大当量的核弹，这种形式就越显得重要。粒子辐射被大气强烈吸收，所以他只在小威力的爆炸中体现出重要性。而冲击波效应的衰减，是介于上述二者之间的。 在爆发的一瞬间，核装药在一微秒内达到平衡温度。在这一时刻，大约75%的能量都以热辐射形式，特别是以软X射线的形式存在，而其他的残余能量则都表现为武器碎片的动能。接下来，这些软X射线和碎片怎样与周围媒质作用就成为冲击波和光以及粒子之间怎样分摊能量的决定因素。总的来说，若是在爆心周围物质很密集，那么它们将非常有效的吸收能量，冲击波的强度将会被加强。 当爆发在接近海平面的大气中进行时，绝大多数的软X射线将在数英尺内被吸收。一些能量转而形成紫外线、可见光和红外波段的辐射，但更多的被用来加热空气，形成火球。 在高空的爆发中，由于空气密度的降低，软X射线更趋向于行走更长的距离，在它们终究被吸收后，只有更少量的能量用来推动冲击波（海平面的50%或更少），而剩余的都转化为其他形式的热辐射。
冲击波[编辑]
核弹的主要的破坏力来自于冲击波效应。绝大多数的建筑（除特别加固和抗冲击结构的工事），将受到致命的摧毁。冲击波的速度将超过超音速的传播，而他肆虐的范围会随着核武器当量的增加而增加。两种相似又不同的现象将随冲击波的到来而产生：
大多数核武器空爆造成的破坏就是由静态超压和动态的阵风合成的效果。较长时间的超压拉动建筑结构使其变得脆弱，这时吹来的阵风再一举将其摧毁。压缩、真空和拉扯效应总共会持续若干秒钟，或者更长。而这里的阵风比世界上任何可能出现过的飓风都要更加凶猛。
热辐射[编辑]
核武器的爆炸会伴随有大量的电磁波辐射爆发，分布在可见光波段，及红外的和紫外的波段上。主要的伤害机制是造成灼伤及对肉眼的伤害。在晴朗的天气下，作用范围可超过冲击波。辐射光的能量是如此之强，它可以在冲击波留下的废墟中再制造一场大火。而热辐射所作用的范围，随武器当量的增加而显著地增长。
由于热辐射线是以直线传播的，所以任何不透明的物体都可以成为有效的壁垒阻止其传播。但是，如果空气中有雾气，这些小水珠可以散射辐射线使其向四面八方传播，于是所有的壁垒都会显著地丧失作用。
当热辐射线作用于一个物体时，部分的能量会被反射，部分被传导和转化掉，而剩下的会被吸收。吸收的比率取决于物体的特性和颜色。一个薄片状的物体可以将大部分的能量传导掉，同时浅颜色的物体可以反射许多辐射，它们受到的伤害都会小一些。对辐射线的吸收造成温度在表面的迅速升高，例如木材、纸张、织物等都会被点燃和烤焦。如果恰好这种物质是不良导体，那么加热现象只会在表面产生。
事实上，物质是否被点燃还仰赖于热辐射持续的长短，物质的厚度和包含的水分。在近距离上，所有的物质都会被加热蒸发，而在最远的距离上，只有最容易点燃和最脆弱的物质才会受到伤害。火灾并不一定只是热辐射线产生的，冲击波造成的混乱气流，也可能诱发大火。在广岛原爆中，就有一场空前巨大的火灾，持续了20分钟。火焰加热空气使其上升，周围的空气填补这一真空，造成持续的指向爆心的强风。然而这种现象并不是核爆炸所特有的，在二战的大轰炸中，大量的燃烧弹或经常发生的森林火灾中的烈焰也能造成大风。
电磁脉冲[编辑]
γ射线通过康普顿散射效应将电子反冲加速，得到高能的电子。这些电子被地磁场捕捉，在地表以上20到40公里的高度上产生共振。周期性振动的电子即可产生连续的电磁脉冲（EMP），持续大约1毫秒。下一个持续大约1秒数量级的效应是，大量的长条形的金属物体（如电缆），在电磁波通过时会像天线一样工作并产生高压。这些强大的短暂的高压，可以摧毁未经屏蔽保护的电子设备甚至是电线本身。但这种可怕的电磁脉冲对生物的影响人们却不甚了了。另外灼热的空气破坏了电离层，也会使无线电通讯受到影响。
唯一能够保护电子设备不受脉冲摧毁的措施是将其完全包裹在良导体内，或别的形式的法拉第笼内。当然，对于无线电通讯设备来说这是不可能的，因为它将收不到任何讯号。最大当量的核弹被用来实现大面积的，甚至是洲际范围的电磁轰炸。
原始粒子辐射[编辑]
核弹空爆中，以最原始的粒子和γ射线形式辐射掉了。裂变弹和聚变弹的中子辐射有很大不同。然而γ辐射的结构，无论是在这类爆炸式的核反应中，还是短半衰期的物质衰变中都是类似的。核反应粒子辐射随距离衰减快的原因，一个是它们的散布面积正比半径立方，强度即正比半径立方的倒数，一个是它们被大气强烈地吸收和散射。
粒子辐射的结构也与距离有关，在近爆心的地点，中子辐射强于γ辐射，但随着距离的增加，中子-伽玛比将减小。最终，中子成分与γ成分相比即可忽略。要注意的是，上述的这些距离，并不随爆炸当量的增加而有十分显著的变化。因此，越大当量的爆炸中，原始粒子辐射的效果就越不显著。在大块头的核弹中，譬如大于50kt，冲击波和热辐射的威力使得粒子辐射机制相形见绌，以至于被忽略。
辐射尘[编辑]
剩余的放射性物质通过两种效应造成杀伤力：辐射尘和中子感应机制，剩余粒子辐射从下列物质中产生：
- 裂变产物。裂变产物是由铀或钚在裂变反应中产生的中等质量的同位素。在裂变反应中，实际上产生的产物有超过300种。大多数是放射性的，且半衰期的长短不一，区别很大。短则几分之一秒，长则在数年内都有致命的放射性。它们衰变的经典机制是释放β和γ射线。1千吨的当量中，有大约60克的放射性裂变产物。引爆一分钟之后，裂变产物的放射性等同于3千万公斤的镭同时衰变，也就是大约1.1泽它贝可。
- 未裂变的装药。裂变物质的利用，在核武器中可谓是很不充分，大量的铀和钚在裂变前就被炸得四分五裂。这些核装药，以α衰变的形式缓慢地辐射，而它们的重要性也相对较小。
- 中子感应效应。当一个原子核在中子爆发的时候捕获了中子，作为一种已知的必然机制，它将变为放射性并在较长的周期内放射β和γ射线。中子爆发作为最原始的核辐射，必将引起残留的中子感应效应。另外，环境物质，如土壤、空气和水，也将被感应激发，这取决于它们的化学成分和距爆心的距离。举例来说，在近爆心的地区，土壤中的矿物质由于中子爆发会变成有致命放射性的同位素。这是由于多种元素具有中子俘获能力，像钠、锰、铝和硅这样的元素，都存在于土壤中且参与了中子感应效应。但这种效应并不重要，因为它只限于很有限的一块区域内。
在近地面的爆炸中，大量的土壤或水分将被火球加热蒸发，上升成为放射云。这些物质凝结后，由于混合了裂变产物和中子感应产物，将变得具有放射性。较大的颗粒将在24小时内沈降到爆心附近（也与风速和天气有关），而较小的颗粒有可能会在全球大气系统中漂流数周以至数月。一些当地沈降物覆盖的面积会远远大于热辐射和冲击波的范围，特别是在大量的核爆中。在水面附近的核爆中，辐射尘颗粒将较小，下落的比例将较小，而分布的面积就会比较广大。大量海水中的盐和一些水分，可以作为凝结核，引起当地的降雨从而使当地的核沈降大大增加。
全球放射性沈降的生物学破坏作用是由长半衰期的同位素在生物体内的富集主导的。像锶-90或铯-137这类元素，通过食物等进入人体。化学上，这些同位素和钙很像，他们会被误认为钙，而被吸收并沉积在骨骼中。这些高放射性的物质将会造成例如像白血病一类的放射性疾病。全球沈降的个体伤害效果毋庸置疑是小于当地的辐射尘。
在普遍的情况下，冲击波和热辐射的杀伤将远大于辐射的伤害。但是，辐射的辐射伤害比冲击波和热辐射更加覆杂，人们对它也存在误解。各式各样的生物变异将在辐射区内的动物中发生。全身摄入高剂量放射性元素的个体将会立即死亡，其他摄入剂量较少的个体将会茍活，但也会随后来的并发症而死去。
投送[编辑]
战略核武器常指用来摧毁战略目标的大当量核武器；战术核武器是指用于摧毁小型的特定目标（如军事、通讯或永备工事等目标）的较小的类型。
核武器的基本投放方式有：
- 轰炸机：早期的核武器太大了，他们只能被B-29等飞机运载和投放，但在1950年代中期，可由战斗轰炸机搭载的较小型的核武器被研制出来。这种新型空基的自由落体炸弹运用了多种新技术，包括翻滚轰炸，伞降投掷，卧倒模式，以保证给予载机足够的逃离时间。
- 弹道导弹：弹道导弹采用抛射物弹道飞行，通常用于超视距的弹头投送。机动弹道导弹具有十到上百公里的射程，洲际弹道导弹和潜射弹道导弹，每颗导弹可携带一打弹头，而每个弹头的当量下降到数万到数十万吨级。这样一次发射就可威胁多个目标，或对一个目标造成更有效的打击。
- 巡航导弹：这种导弹使用喷气发动机或火箭发动机提供动力，以低空巡航的方式飞行，使用自动导航系统（基本上是惯导，但也有GPS导航和雷达中继制导作为辅助），虽然只是低速和大气中飞行，但新式巡航导弹以低飞进入普通陆基雷达的盲区所以突防能力比早年的前辈V-1火箭更强。巡航导弹的射程较之弹道导弹要近，且携载能力也要差一些，当今也没有服役的多弹头巡航导弹。导弹可从潜艇、舰船及飞机上发射。
其他可能的投送方式包括榴弹炮的核炮弹、核地雷（蓝孔雀）、核深水炸弹、核鱼雷、核迫击炮弹。 50年代，美国研制了用于空中截击的无控空-空火箭箭载小型核弹头，装备于F-106截击机，但其在1960年代就基本退役，而核深水炸弹也在1990年代退役。可由两人携带的小型战术核弹也已研制成功，被一些媒体夸张为所谓的手提箱炸弹，它被称为“特别打击核武库”。尽管如此，人们还在追求当量与便携性的最佳整合，以达到最大的军事效用。
传统上一个国家具备战略轰炸机、陆基核弹道导弹、弹道导弹潜艇的三栖投放方式，称为核三位一体，目前严格来看只有美国、俄罗斯。中国、印度有潜力成为下一个具备此能力的国家。
监管和制约[编辑]
在第一颗核武器被发明出来之前，参与马特兰计划的科学家们就针对该种武器的使用持不同看法。[77]在英国，第一次由核裁军运动组织的奥尔德玛斯顿游行于1958年的复活节举行。根据核裁军运动组织的统计，几千名民众参与了持续4天的游行，从伦敦的特拉法加广场一直到靠近伯克希尔的奥尔德玛斯顿的核武器研究基地，以表达他们对核武器的反对[78]。奥尔德玛斯顿游行一直举办到20世纪60年代晚期，上万名民众参加了为期4天的游行。1959年，发布在《原子科学家公报》上的一封信成为一场成功停止原子能委员会在离波士顿19公里的海中倾倒放射性垃圾运动的开始。1962年，鲍林因在阻止核武器大气实验和推动“禁止原子弹”运动方面的努力，被授予诺贝尔和平奖。
1963年，许多国家加入限制核武器大气实验的《部分禁止核试验条约》。1968年首次签署《不扩散核武器条约》。[79]放射性垃圾的议题变得不再那么重要，反核武运动在数年内逐渐消弱。1980年代，对核武器战争的恐惧重新在美国和欧洲兴起。
虽然国际社会对核武器的消减作出许多努力，但核武器的威胁始终存在。2000年不扩散条约审议大会上与会代表认为，目前“关于核武器能力应增加更多的透明度，减少核武器对安全政策的作用。”2003年，朝鲜民主主义人民共和国退出《不扩散核武器条约》，引起国际社会关注。[80]
红十字国际委员会认为，需要“在有关核武器的讨论中，重点突出核武器给人类造成的惨痛代价以及国际人道法的基本规则。这就意味着要提醒每个人注意到核武器给人类造成的极大风险，促使人们意识到眼前的机遇，并对那些明显有助于消除核武器的措施提供支持。”[81]
参考文献[编辑]
- ^ 巴基斯坦科学家卡迪尔汗核扩散案始末
- ^ 伊朗革命卫队称核武研发成功 俄朝大力协助.[2013-01-12]. （原始内容存档于2013-01-13）.
- ^ 巴拉迪：30个国家靠近“核门槛”
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